학술논문
用于四足机器人的并联弹性腿足关节设计与优化 / Design and Optimization of a Parallel Elastic Actuator Leg for Quadruped Robots
Document Type
Academic Journal
Author
刘思宇; 廖峻北; 雷飞; 王志瑞; 闫曈; 党睿娜; 郭朝; LIU Siyu; LIAO Junbei; LEI Fei; WANG Zhirui; YAN Tong; DANG Ruina; GUO Zhao
Source
兵工学报 / Acta Armamentarii. 44(z2):71-83
Subject
Language
Chinese
ISSN
1000-1093
Abstract
为了提升四足机器人腿足的运动性能,设计一种具有并联弹性驱动器(Parallel Elastic Actuator,PEA)的腿足关节,通过模仿四足动物的肌腱作用原理,将拉簧并联在小腿连杆和大腿连杆之间,在膝关节处实现了并联弹性驱动,具有尺寸小、质量和惯量低的特点.建立了PEA膝关节的动力学模型,并借助该模型,在预设跟踪任务轨迹下,综合考虑峰值力矩、峰值功率和能量利用率,对拉簧的刚度系数进行多目标优化,得到全局最优的拉簧刚度为5510 N/m.为了对比本PEA关节与电机直驱关节的性能,从仿真和实验两个方面进行验证.利用Gazebo机器人仿真环境,使用带有刚度的滑动副来实现PEA拉簧的效果,通过物理引擎模拟获取关节电机的输出力矩、输出功率、机械能耗;搭建PEA膝关节实验平台开展样机实验,获取膝关节电机的电源输入参数,如输入电流、输入功率、电源能耗.实验结果表明:PEA对比电机直驱关节,在0.5～2.0 s的轨迹周期下,电机输出方面可以减少峰值力矩40％ ～79％、峰值功率52％ ～89％和机械能损耗40％ ～89％,电机输入方面可以减少峰值电流46％ ～77％、峰值电功率43％ ～76％和电能损耗62％ ～73％.